太陽能逆變器和ESS應(yīng)用以及其他可再生能源系統(tǒng)正在使能源網(wǎng)現(xiàn)代化，以提高彈性，滿足全球能源需求并減少其整體碳足跡。這些系統(tǒng)必須在惡劣的環(huán)境中盡可能高效，并且緊湊且價格低廉。

碳化硅解決方案滿足了依賴半導(dǎo)體的可再生能源系統(tǒng)的所有需求，因為它們可以提高功率密度、降低開關(guān)損耗和開關(guān)頻率。Wolfspeed碳化硅解決方案使太陽能功率半導(dǎo)體能夠?qū)崿F(xiàn)更輕、更小、更高效的太陽能逆變器，這些逆變器可在環(huán)境溫度波動、高濕度和其他惡劣條件下吸收陽光并將其轉(zhuǎn)化為電能。

對于ESS應(yīng)用，Wolfspeed碳化硅是黃金標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，因為我們的碳化硅MOSFET和二極管提供更高的性能和更低的損耗，同時允許工程師創(chuàng)建使用更少組件的系統(tǒng)，從而降低整體系統(tǒng)尺寸和成本。

由于PCB設(shè)計階段的創(chuàng)新和最佳實踐，SiC技術(shù)運行得更低、更快，使更小、更輕的電力電子設(shè)備具有更高的能效。讓我們回顧一下器件、子電路和系統(tǒng)級PCB布局設(shè)計的一些挑戰(zhàn)和技巧。

PCB布局決定碳化硅成敗

基于SiC的系統(tǒng)利用卓越的開關(guān)特性和低傳導(dǎo)損耗來實現(xiàn)比硅更高的開關(guān)頻率。

這些理想的特性帶來了挑戰(zhàn)，因為SiC功率器件固有的高壓壓擺率（dv/dt）和電流壓擺率（di/dt）使這些電路對串?dāng)_、假導(dǎo)通、寄生諧振和電磁干擾（EMI）敏感。

設(shè)備級別

器件級元件之間適當(dāng)?shù)呐离娋嚯x和電氣間隙距離至關(guān)重要，因為MOSFET支腳/PCB走線之間的空間有助于消除它們之間的閃絡(luò)或跟蹤。各種安全標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)電壓、應(yīng)用和其他因素規(guī)定了不同的間距要求。

IPC標(biāo)準(zhǔn)也可以用作指南，其目的是標(biāo)準(zhǔn)化電子設(shè)備/組件的組裝和生產(chǎn)要求。雖然不是強制性的，但IPC-2221印刷電路板設(shè)計通用標(biāo)準(zhǔn)和IPC 9592功率轉(zhuǎn)換器件性能參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)可用作估計PCB上導(dǎo)體之間最小間距的指南。

SiC MOSFET和散熱器之間的適當(dāng)爬電距離至關(guān)重要。在太陽能應(yīng)用中，散熱器很大，并且機械固定在機箱上，因此水平安裝往往很常見，在這種情況下，隔離墊的延伸通常略微超過端子的彎曲會增加爬電距離。由于機箱形狀不同，有時端子必須彎曲成一定角度。

子電路電平

較高的壓擺率與寄生電容和環(huán)路電感相結(jié)合，使電路對串?dāng)_、假導(dǎo)通、電壓過沖、振鈴和潛在的EMI問題更加敏感。

在此級別，SiC柵極驅(qū)動器用于打開和關(guān)閉功率半導(dǎo)體;根據(jù)不同的元件，門口可能會出現(xiàn)振蕩和過沖。振蕩可以通過更高的阻尼來控制，阻尼與柵極電阻成正比，與柵極環(huán)路電感成反比-低電感柵極環(huán)路可在不影響壓擺率的情況下實現(xiàn)更高的阻尼。

SiC柵極驅(qū)動的PCB布局應(yīng)包括一個緊湊的柵極環(huán)路，以抑制柵極電阻并降低振蕩電壓，使柵極驅(qū)動不易受到外部磁場的影響。在PCB布局過程中，寄生電容也必須最小化，因為與高dv/dt一起，它們會導(dǎo)致串?dāng)_、假導(dǎo)通和開關(guān)損耗增加——它們還決定了壓擺率，并有助于最大限度地減少高電場和磁場的影響。

系統(tǒng)級的PCB布局會影響冷卻。小心的元件放置也是如此，這在優(yōu)化開關(guān)單元方面起著關(guān)鍵作用。

系統(tǒng)級

最小化EMI并保護敏感信號免受高磁場和電場的影響尤其重要，因此PCB布局應(yīng)傾向于將輸入和輸出連接器放置在電路板的相對兩側(cè)以避免噪聲耦合，而輸入EMI濾波器和輸入/輸出連接器應(yīng)遠(yuǎn)離高dv/dt走線/節(jié)點，以避免噪聲耦合。敏感信號，包括柵極回路和控制信號，應(yīng)遠(yuǎn)離高dV/dt走線/節(jié)點和高磁場，如PFC扼流圈、DC-DC功率磁性元件。

元件放置可以改善或惡化冷卻，這取決于銅平面的尺寸和用于散熱的層數(shù)、熱通孔直徑、間距和銅厚度。確保MOSFET不靠近其他熱源，包括其他功率半導(dǎo)體，同時使用銅層（最好是多層）會將熱量從MOSFET散發(fā)出去。

無錫國晶微半導(dǎo)體技術(shù)有限公司是寬禁帶第三代半導(dǎo)體碳化硅SiC功率器件、氮化鎵GaN光電器件以及常規(guī)集成電路研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化的高科技創(chuàng)新型企業(yè)，從事碳化硅場效應(yīng)管，碳化硅肖特基二極管、GaN光電光耦繼電器、單片機集成電路等產(chǎn)品芯片設(shè)計、生產(chǎn)與銷售并提供相關(guān)產(chǎn)品整體方案設(shè)計配套服務(wù)，總部位于江蘇省無錫市高新技術(shù)開發(fā)區(qū)內(nèi)，并在杭州、深圳和香港設(shè)有研發(fā)中心和銷售服務(wù)支持中心及辦事處。

公司具有國內(nèi)領(lǐng)先的研發(fā)實力，專注于為客戶提供高效能、低功耗、低阻值、品質(zhì)穩(wěn)定的碳化硅高低功率器件及光電集成電路產(chǎn)品，同時提供一站式的應(yīng)用解決方案和現(xiàn)場技術(shù)支持服務(wù)，使客戶的系統(tǒng)性能優(yōu)異、靈活可靠，并具有成本競爭力。

公司的碳化硅功率器件涵蓋650V/2A-100A，1200V/2A-90A，1700V/5A-80A等系列，產(chǎn)品已經(jīng)投入批量生產(chǎn)，產(chǎn)品完全可以對標(biāo)國際品牌同行的先進品質(zhì)及水平。先后推出全電流電壓等級碳化硅肖特基二極管、通過工業(yè)級、車規(guī)級可靠性測試的碳化硅MOSFET系列產(chǎn)品，性能達到國際先進水平，應(yīng)用于太陽能逆變電源、新能源電動汽車及充電樁、智能電網(wǎng)、高頻電焊、軌道交通、工業(yè)控制特種電源、國防軍工等領(lǐng)域。由于其具有高速開關(guān)和低導(dǎo)通電阻的特性，即使在高溫條件下也能體現(xiàn)優(yōu)異的電氣特性，大幅降低開關(guān)損耗，使元器件更小型化及輕量化，效能更高效，提高系統(tǒng)整體可靠性，可使電動汽車在續(xù)航里程提升10%，整車重量降低5%左右，并實現(xiàn)設(shè)計用充電樁的高溫環(huán)境下安全、穩(wěn)定運行。

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審核編輯：湯梓紅